气候变化对中国洪涝灾害风险的影响

洪涝灾害是中国最严重的自然灾害之一。它不仅分布广、发生频率高, 而且造成巨大的经济损失,是制约经济社会可持续发展的重要因素之一。研究表明: 中国洪涝有明显的高频期、低频期的阶段性年代际特征。近30年来,南方典型洪涝风险区和中小流域极端洪涝事件的频次和强度总体呈现增加、增强态势,大城市和特大型城市暴雨内涝事件也呈增加趋势。在全球气候变暖、城镇化快速发展的背景下,未来中国部分地区强降水、洪涝等极端事件有可能增加、增强,从而加大洪 灾风险和防汛调度指挥难度,并对经济社会可持续发展带来不利的影响。     

青藏高原中东部2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势

分析了根据树木年轮资料重建的青藏高原中东部过去2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势, 发现研究区极端气候事件与全球同步出现, 如中世纪暖期、小冰期和20 世纪增温等. 历史上最大的温度变幅和速率都发生在“东晋事件”(343~425 AD)期间, 而非20 世纪后半期. 过去青藏高原中东部地区温度序列存在显著的1324, 800, 199, 110,2~3 a 的准周期 (P < 0.01), 其中, 1324, 199 和110 a 周期与太阳活动有关. 温度变化在很大程度上受控于太阳活动: 千年尺度周期决定了温度变化趋势长期走向, 百年尺度周期控制了温度变化幅度, 而太阳活动极小期对应冷期出现. 预估结果显示未来这一地区温度将下降, 到2068 AD 前后温度下降到谷底, 2068 AD 后再次升温.     

近10年青藏高原高寒草地物候时空变化特征分析

植物物候是陆地生态系统对气候变化响应的最佳指示器,其变化研究对于深入地理解和预测陆地生态系统的动态变化具有重要的意义.本文利用SPOTVGT归一化植被指数(NDVI)对青藏高原1999～2009年间高寒草地物候的时空变化进行了研究,结论如下:①青藏高原高寒草地物候多年均值的空间分布与水热条件关系密切.由东南向西北,随着水热条件的恶化,生长季始期(SOG)逐渐推迟,生长季末期(EOG)逐渐提前,生长季长度(LOG)逐渐缩短.海拔在物候的地域分异中扮演着重要作用,但存在3500m分界线.其下,物候随海拔变化波动较大,其上物候与海拔关系密切;②1999～2009年间,青藏高原高寒草地SOG整体上呈提前趋势,变化幅度为6d/10a(R2=0.281,P=0.093);EOG呈推迟趋势,变化幅度为2d/10a(R2=0.031,P=0.605);LOG呈延长趋势,变化幅度为8d/10a(R2=0.479,P=0.018).SOG提前、EOG推迟和LOG增长的区域主要分布在高原的东部.SOG推迟、EOG提前和LOG缩短的区域主要分布在高原的中、西部,其中高原绝大部分区域的SOG呈显著提前趋势,尤其是高原的东部地区;③青藏高原高寒草地物候年际变化在不同的海拔和自然带上分异显著.高海拔地区的年际变化趋势要比低海拔复杂;青东祁连山地草原带的变化幅度和显著水平最高,而藏南山地灌丛草原带最低.     

长江三角洲城市集群化发展对极端高温事件空间格局的影响

全球变暖和城市集群化的叠加效应,导致长江三角洲城市群极端高温事件趋多增强,给城市安全运行带来风险.基于长序列气象观测资料和卫星遥感数据,采用逐日百分位数法确定极端高温事件,结合Chow检验、线性倾向原理和空间相似性分析,研究了城市集群化发展对极端高温事件空间格局的影响.结果表明:2003~2013年是长江三角洲城市集群化发展时期,城市群规模的年增长率高达1206.48 km~2/a,2013年城市群热岛规模比2003年增加了18154.0 km~2,极端高温事件出现异常的区域与城市群快速发展区一致.特别是上海片区城市规模已超过极端高温事件气候平均态空间梯度≥1℃的最小距离,区域性热岛空间跨度超过100 km,导致高温强度比气候平均态高2.6~2.8℃,高温日数偏多30~40 d.极端高温事件异常与气象站Voronoi图单元内城市规模呈显著正相关,在高温异常年2007,2010和2013年的相关系数超过0.65.不同规模城市对极端高温事件空间格局的影响差异明显,以规模为492.8~932.6 km~2的城市影响最大.虽然西太平洋副热带高压主导着城市群极端高温事件的年代际波动,但2003~2013年城市集群化发展已经改变了长江三角洲极端高温事件空间格局.以上研究结果可为正处在起步阶段的城市群发展规划提供参考.     

近40年北太平洋亚热带环流区生态系变化的226Ra证据

利用1999年7~10月和2003年10~12月实测的北太平洋亚热带环流区表层水²²⁶Ra含量, 结合文献所报道的历史数据, 发现自20世纪60年代至今, 北太平洋亚热带环流区表层水体²²⁶Ra含量呈下降趋势, 反映出全球变化导致该海域生态系结构的变化. 全球增暖一方面导致了该海域水体层化作用的加强, 进而导致上层水体Ra补充量的减少; 另一方面, 全球增暖导致海域生物生产力的升高, 进而导致Ra迁出量的增加. ²²⁶Ra含量的上述变化与文献报道的该海域叶绿素a、硅酸盐、磷酸盐含量与初级生产力的历史变化趋势相吻合, 确证北太平洋亚热带环流区在全球变化背景下正发生着可观测的生态系统变化. 在上层海洋层化作用加强的情况下, 为维持海域升高的生物生产力, 其“新”氮可能的来源是海洋的固氮作用.     

华北地区对流层臭氧长期变化趋势及影响因子分析

利用1979~2013年卫星对流层臭氧遥感数据序列,分析华北地区对流层臭氧的长期变化趋势,考察各主要影响因子和对流层顶高度变化对臭氧变化的影响作用.过去30多年来,华北地区对流层臭氧长期变化趋势在不同季节差异很大:夏季对流层臭氧呈现快速增长趋势,增长率为1.28 DU/10 a;冬季表现出下降趋势,下降率为1.46 DU/10 a;在春季和秋季表现出波动性下降趋势.对流层臭氧夏季含量最高,一般在50 DU上下,春季平均值大约40 DU,秋季平均值35 DU左右,冬季含量最小一般在26 DU左右.对华北地区对流层臭氧分布变化产生显著影响的因子主要有太阳周期(Solar),厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和准两年振荡(QBO).其中,Solar的影响幅度可达到5~6 DU,ENSO影响作用1~2 DU,QBO影响一般小于1 DU.对流层顶高度在年内不同季节存在显著周期变化,与对流层臭氧变化紧密相关,相关系数R=0.826,表明对流层顶高度年周期变化对对流层臭氧产生重要影响.从年代际时间尺度上,对流层顶高度不存在显著性变化趋势,对对流层臭氧变化趋势影响不大.     

太湖沉积物悬浮的动力机制及内源释放的概念性模式

在野外调查观测与实验室试验分析的基础上, 发现了太湖水土界面处物质交换主要发生在沉积物表层5~10 cm范围内. 沉积物的物理化学特征在空间分布较为均匀. 湖流及波浪的观测结果表明, 作用于水土界面上的动力来源在小风速条件下, 波浪与湖流产生的切应力大致相当, 但是当风速较大时, 波浪作用占主导. 导致沉积物悬浮所需的临界切应力约为0.03~0.04 N/m², 相当于野外风速达4 m/s以上的情况. 如果动力强度远大于此临界值, 如风速达6.5 m/s, 沉积物将发生大规模悬浮. 调查发现沉积物中空隙水中的营养盐浓度远较上覆水高, 从而为沉积物营养盐释放提供了客观条件. 通过沉积物表层5~10 cm中空隙水营养盐浓度的分析, 估算了太湖一次大的动力过程所可能造成的内源释放的最大数量, 即总氮浓度将增加0.12 mg/L, 总磷浓度将增加0.005 mg/L. 最后, 提出了大型浅水湖泊内源释放的一般性模式, 即在无风情况下, 沉积物中营养盐的释放主要靠浓度梯度释放, 当有风浪作用的情况下, 将导致沉积物大量悬浮, 沉积物中的营养盐得以释放. 但是, 由于风浪作用的复氧, 将部分抵消由于扰动导致的营养盐从沉积物释放进入上覆水中. 而当风浪过程过后, 悬浮物质沉降并将部分释放的营养盐通过吸附作用带入沉积物中去, 有机颗粒物在沉积环境中降解析出进入空隙水中, 等待下一次风浪过程.     

中国陆域近地层风能资源的气候变异和下垫面人为改变的影响

研究在全球变暖的气候背景下, 我国近地层风能蕴藏的气候变化以及下垫面人为改变对其气候变化的影响, 将有助于我国风电发展的长期规划和风能资源的合理开发. 利用代表性较好的全国600多个地面站的40 a的常规风速观测资料, 以及NCEP/NCAR 1960~1999年的10 m高程的40 a的再分析资料, 根据Kalnay和Cai在诊断和估算下垫面人为改变对地面气温变化贡献的研究方法, 通过分析比较由地面器测观测资料和NCEP/NCAR再分析资料风能密度十年变化趋势之差异, 提出了由于下垫面的人为改变所引起的我国陆域风能蕴藏长期变化的量级估计. 分析结果表明: 近40 a来, 我国年平均风速序列保持整体上减弱的气候变化趋势, 并且逐年降低的现象在中国陆域普遍存在; 由于下垫面人为改变的影响, 导致了我国近地层风能密度以减弱的十年变化趋势为主, 并且使得我国区域平均的风能密度的十年变化趋势值达-3.84 W·m^-2/10 a, 接近人为因素与自然因素共同影响引起的风能密度的十年减弱趋势值(-4.51 W·m^-2/10 a).     

近30年青藏高原中东部大气热源变化趋势:观测与再分析资料对比

利用青藏高原(以下简称高原)中东部71个气象台站常规观测资料,2套卫星辐射资料,以及3套再分析资料,定量计算了1980～2008年高原中东部上空大气热源变化趋势.研究表明:高原感热减弱趋势仍在持续,尤其是春季感热减弱趋势最为显著.感热的这种变化主要由风速的持续减弱所决定,值得注意的是,近5年地气温差变化趋势由过去的减小转为增大.2套卫星辐射资料计算所得高原中东部大气柱净辐射通量变化趋势有明显差异.利用3套再分析资料通过倒算法计算高原中东部大气视热源变化趋势也不尽相同,其中2套基本一致,均呈减弱趋势,且其中1个的变化幅度明显偏强;而另一套为明显上升趋势,与观测相反.精确计算高原热源变化趋势仍很困难,特别是利用再分析资料估计高原热源变化趋势存在很大不确定性.     

东海海底观测网小衢山试验站记录的2010 年智利海啸信号分析

海面高度变化包含了周期性的潮位变化和非周期性的风场、气压和涌浪等过程引起的增、减水变化, 较大幅度的增、减水都可能引发自然灾害. 本文利用东海海底观测网小衢山试验站获取的长期连续观测资料, 通过功率谱及潮汐调和分析方法计算了试验站海平面变化的主周期及其分量值, 并由海平面观测值减去潮汐调和分析值得到海面高度异常值(sla). 研究海域sla 值与南北向风速有较好的相关性, 相关系数为0.65, 并通过线性拟合得出由局地风场引起的海面高度异常值sla_wind. sla_wind 是sla 的主要分量, 但非等值, 即由sla-sla_wind 得到剩余海面高度异常值sla_residual 不等于零, 表明有其他引发海平面异常变化的外力因素存在. 通过详细分析2010 年2 月27 日智利8.8 级强震发生前后一段时间的海平面变化数据, 发现在2010 年2月28 日15:00 时sla_residual 达到极大值0.48 m, 恰好与太平洋海啸中心预报的智利地震海啸进入东中国海沿岸的时间相一致, 由此判断该剩余海面高度异常受到了智利地震海啸的影响. 这是我国第一次用海底观测网的连续、实时数据详细分析越洋地震海啸在我国近海海域的增水过程、极值及其出现时刻, 这对于海啸预报模型的验证与改进和对计划中在东海海域建设海底观测网和海洋灾害预警等均有重要意义.     

中国冬季降水和极端降水对变暖的响应

本文主要研究了中国近50年来冬季(12～2月)降水和极端降水在年代际尺度上对区域尺度增暖的响应. 结果发现, 随着中国区域冬季温度的升高, 中国区域的冬季降水和极端降水均呈现出一致的增加趋势. 而且伴随着气温在20世纪80年代中期的突变, 降水和极端降水也都在同时发生突变. 定量分析结果显示, 中国区域冬季气温每增加1℃, 降水和极端降水的增加百分率分别达到9.7%和22.6%. 该增加幅度, 明显高于全球平均水平, 说明中国区域冬季降水和极端降水对变暖的响应更加敏感, 也进一步凸现了开展降水对增暖的区域响应研究的重要性. 此外, 极端降水的增幅高于非极端降水的增幅, 说明随着全球变暖中国区域冬季降水将更多以极端降水的形式出现, 这可能是近期中国多个地区冬季屡屡出现破纪录降雪事件的一个重要原因.     

近千年中国东部夏季气候百年尺度变化的模拟分析

利用全球海气耦合模式ECHO-G 近千年积分模拟试验结果, 通过Lanczos 滤波器滤去100 年以下的年际-年代际变化信号, 保留百年尺度的气候变化信息, 分析了近千年来中国东部夏季气候在百年尺度上的时空变化特征并探讨了影响其变化的主要原因. 结果表明: (1) 近千年中国东部经历了暖-冷-暖3 个阶段, 由暖期进入冷期相对由冷期进入暖期缓慢, 暖期降水多冷期降水少, 降水的峰谷变化滞后于温度. 有效太阳辐射和太阳辐照度分别是影响温度和降水变化最显著的因子, 现代暖期之前火山活动的增强对极端低温的出现有明显影响, 火山活动与降水在1400 AD之前为正相关, 在1400 AD 之后为负相关, 温室气体浓度与现代暖期温度和降水有一致的变化趋势. (2) 温度的百年尺度与年际-年代际尺度的第一特征向量的空间分布型都为全区一致分布, 高纬的变率大于低纬, 这一分布型主要受有效太阳辐射和温室气体的共同影响. 降水第一特征向量的空间分布型在百年尺度与年际-年代际尺度上存在着显著差别, 百年尺度为全区一致的分布, 而在年际-年代际尺度上长江和黄河中下游与其两侧的区域呈反相分布, 太阳辐照度和温室气体共同影响了降水百年尺度上的这一空间分布型.     

中全新世以来东亚冬季风的东海内陆架泥质沉积记录

对东海内陆架泥质区南部的MZ01孔进行了AMS14C定年,粒度、常量元素和黏土矿物分析,以敏感粒级、黏土矿物组合、元素组合为替代性指标揭示了中全新世以来泥质区的古环境演变过程.结果表明,9.71μm粒级平均粒径、化学蚀变指数(CIA)、蒙皂石/高岭石比值三者的变化趋势较为相似,可以识别出10次极值,可能主要由东亚冬季风的增强引起,分别对应于中全新世以来的同期降温事件,与格陵兰冰芯和敦德冰芯氧同位素记录有较好的对应关系,且在其他区域不同的材料中也能找到相应的降温证据,揭示了全球气候变化的区域性响应.由3种替代性指标进一步推测出中全新世以来研究区东亚冬季风演化过程大致可以分为4个阶段:8400～6300aBP为较强且波动期、6300～3800aBP为较弱且稳定期、3800～1400aBP为高波动期、1400aBP以来为稳定增强期.     

全球平均温度在21世纪将怎样变化?

采用HadCRUT3全球平均温度距平序列和北太平洋海温年代际涛动(PDO)指数及赤道中东太平洋海温距平序列,探讨了全球温度变化中的长期趋势和多时间尺度周期性波动.研究发现,过去159年(1850～2008年)的增暖速率是每100年0.44℃,其间叠加了1910年前后和1950～1970年前后的两次冷期,以及19世纪70年代、20世纪40年代和1998年以来的3次10年际暖期.器测的全球温度变化中存在准21a和准65a的周期性波动并受百年尺度波动的影响.最近的10年际暖期是这3个周期性波动正位相叠加的结果,形成了器测温度以来的首次叠加现象.3个周期性波动叠加的最大增温是0.26℃,时间发生在2004年.准21a和准65a的周期性波动反映了太阳辐射和海洋变化的影响.根据这一长期趋势和3个周期性波动,能够预测21世纪30年代会出现一个冷期,而在21世纪60年代出现一个暖期.21世纪的最大增暖幅度在0.6℃附近,远小于IPCC报告的预估.     

140年来腾格里沙漠南缘树木年轮记录的降水量变化

根据腾格里沙漠南缘油松(Pinus tabulaeformis)的树轮宽度指数, 重建了140年来该地区的降水过程. 结果表明, 最近140年来腾格里沙漠南缘经历了明显的干湿波动, 出现1868~1876年和1932~1939年两个湿润期, 以及1877~1894年(其中1887, 1888略为湿润)和1924~1932年两个干旱期, 1895~1923年、1940~2000年期间有轻微的干湿变化. 其中湿润期降水量增加幅度达到56%, 干旱期降水量减少幅度达到42%, 降水量变化幅度超过30%的一共有19年. 从总的变化来看, 近140年来, 本区降水没有明显的增减趋势. 但是1940年以后, 降水波动出现幅度变小、频率增加的趋势. 功率谱分析表明, 腾格里沙漠南缘地区降水具有显著的2.46~2.64 a以及11.67 a周期.     

基于卫星高度计的南极绕极流强度年际变异规律

利用20年的卫星高度计绝对动力地形数据在流函数坐标中研究了南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)强度的年际变异规律.流函数坐标投影方法能够把ACC从副热带和副极地环流中分离出来,考虑了其纬向不对称性而不是简单地将其作为一支纬向流.研究表明ACC强度具有很强的年际变化,其在2000和2009年前后增强.这种年际信号主要出现在印度洋和太平洋扇区,而最强信号位于澳大利亚以南.西风在1998和2008年的增强可能通过斜压动力过程导致了ACC在2000和2009年前后的增强.     

近百年中国气温变化中的不确定性估计

利用均一化的中国近百年气温观测数据,结合英国East Anglia大学气候研究中心(CRU)的CRUTEM3气温数据集中中国周边国家长序列资料对20世纪前50年资料进行了补充,研制了中国及周边地区近百年逐月5°×5°气温网格数据集,并综合系统考虑了该气温数据集中存在的3类误差(台站误差、抽样误差和偏差误差)导致的不确定性水平,重新构建了近百年全国气温变化序列,并给出了各种不确定性水平,得出了近百年中国气温变化的最新估计.基于上述数据集系统性地对中国近100年地表气温变化趋势进行了重新估计.结果显示:1900～2006年中国气温变化速度为(0.09±0.017)℃/10a;冬季最大,为(0.14±0.021)℃/10a;夏季最小为(0.04±0.017)℃/10a;春季为(0.11±0.021)℃/10a;秋季为(0.07±0.017)℃/10a.近50年(1954～2006年)气温增暖趋势约为(0.26±0.032)℃/10a,近30年(1979～2006年)增暖趋势为(0.45±0.13)℃/10a,气温增暖速率呈明显加剧趋势,值得引起注意.从地理分布上来看,东北、西北和华北地区的增暖幅度最为明显,而西南、华南地区增暖幅度最小,这种变化在近100,50和30年具有较好的一致性.     

风速概率分布参数对城市扩展规模的响应

利用北京、哈尔滨、广州等8个大型城市气象站1985~2014年地面风速定时观测资料、同期再分析资料(NCEP1)以及城市规模指标,每5年为一时间段,分析不同时段风速Weibull分布各参数(k,c,r)的变化及其与城市扩展规模之间的关系.结果表明:(1)风速概率分布参数变化程度与城市规模扩展速度有关;城市化效应使得位置参数r变化最大,尺度参数c次之,而形状参数k变化趋势不明显.(2)尺度参数c随城市建成区面积的增加呈现线性递减趋势,7个站的回归方程通过检验,变化率在-0.0203~-0.0016 km~(-2)之间,意味着随城市规模扩大,风速概率密度曲线分布幅度收窄.(3)位置参数r随建成区面积的增加表现为线性上升趋势,数值由负到正变化,6个站回归方程通过检验,变化率在0.0014~0.0171 km~(-2)之间,意味着城市规模扩大会导致静风、微风频率减小.分析还显示r的变化率与纬度相关良好.(4)以再分析资料拟合参数c_x和r_x,取相对变量c/c_x和r/r_x以表征城市化效应对风参数的影响部分,分析的结果与c,r相似.(5)形状参数k与城市规模指标的相关不显著.     

利用卫星重力观测研究近5年中国陆地水量中长空间尺度的变化趋势

重力卫星观测为研究中长空间尺度陆地水量变化趋势提供了崭新的途径. 利用近5年重力卫星GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)的时变重力场观测数据研究了我国中长空间尺度陆地水储量变化趋势. 结果显示, 我国陆地水量变化趋势幅度较大的主要有5个典型区域: 华北京津冀地区、青藏高原区域、三峡库区、青川甘交界区域以及新疆阿尔金山自然保护区. 前两个区域, 陆地水(冰)储量存在明显的减少趋势. 在华北的京津冀地区, 2003~2007年该区域陆地水量以大约2.4 cm/a的速率下降, 相当于约52亿立方米/年(河北省约45亿立方米/年), 河北省水利局统计近30年来, 该省地下水超采平均达到40亿立方米/年; 由GRACE重力卫星“捕捉”到2003年6月三峡蓄水前后库区周围12万平方公里范围内平均水量变化达到5.0 cm等效水柱高; 此外, 研究结果显示在青、川、甘三省(自治区)交界区域陆地水量具有约1.1 cm/a的增加趋势, 表明该区域气候近几年有逐渐变湿润的趋势.     

南海北部神狐海域浅表层沉积物中孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

南海北部陆坡神狐海域是中国天然气水合物勘探的重点区域之一. 对神狐海域HS-A和HS-B两个重力活塞取样站位(深度分别为8.75和8.52 m)沉积物中孔隙水进行了阴、阳离子主量组分和微量元素地球化学分析. 结果显示: Cl⁻浓度在两个站位随深度均没有出现明显的变化, 其值与正常海水值大体一致. HS-A站位硫酸根含量在0~3 m处变化趋势较小, 而在3 m以下表现出明显的梯度下降变化; 与此同时阳离子Ca²⁺, Mg²⁺和Sr²⁺ 在0~3 m处变化趋势较小, 而3 m以下表现出与硫酸根类似的下降趋势. HS-B站位在0~3 m处和3 m以下都出现了明显的下降趋势, 但变化幅度不一致. 计算表明, 该区域沉积物孔隙水具有高硫酸盐通量与高碘通量的特征, 与国际上己发现有天然气水合物地区的地球化学特征相类似, 推测可能与神狐海域的天然气水合物有关. 通过对这些地球化学异常特征的解释和讨论总结了一系列使用浅表层孔隙水数据示踪深部天然气水合物赋存的异常指标和识别办法.